建筑隔震叠层橡胶支座研究进展.pdf

苏键等:建筑隔震屡橡胶支座研究进展
建筑隔震?层椽胶支座研究进展
苏键,温留汉?黑沙2,周福霖2
(1.湖南大学土木工程学院,长沙410082;2.广州大学工程抗震研究中心,广州510405)
摘要】隔震结构可以有效地减轻房屋的地震反应,减轻地震灾害。在隔震结构中,叠层橡胶支座得到广
泛应用。本文分别闻述了天然叠层橡胶支座、高阻尼橡胶支座、铅芯橡胶支座、纤维加强板支座的研究进展。在
此基础上,对这一领域的研究方向做了展望。
【关键词】叠层橡胶支座;隔震结构;综述
【中图分类号】TU352.1
【文献标识码】B
文章编号】1001-6864(2010)03-009-03
在隔震结构中,叠层橡胶支座得到广泛应用。它性板之间的无限长条形、圆形、方形,橡胶的倾斜刚度、
具有低水平刚度,高竖向刚度的特性,可以延长主体粘结在刚性板之间的圆形橡胶纯弯下的水平位移的
结构周期,避开地震的卓越周期,隔断地震能量传递公式、粘结在刚性板之间的圆形、方形、无限长条形橡
给上部结构。辅加以耗能阻尼器,可以有效地耗散地胶的简化有效压缩时度。
震能量。本文在阐述叠层橡胶隔震支座的研究进展1.3叠层橡胶支座研究
的基础上,对这一领域的研究方向做了展望。
1.3.1刚性加强板橡胶支座
1叠层橡胶研究进展
(1)天然橡胶支座。叠层橡胶支座需要提供足
inx理论
够的竖向承载力和承受较大的水平变形。因此,针对
对叠层橡胶支座力学特性的理论研究,一般基于叠层橡胶支座的强度和刚度的研究成为主要的研究
Haringx理论。该理论是基于不可压缩的弹性体,作为内容。C.C.Koh2对方形橡胶隔震支座进行研究,提
小变形的弹性理论,不适用于大变形和屈曲等现象。出了考虑P-△效应的粘弹性模型,得出模型在正弦
1.2叠层橡胶性能研究
水平力和恒定压力下的稳态响应。M.S. Chalhoub]理
在 Haringx理论的基础上,A.N.Cent研究了无限论分析了考虑体积压缩率影响的圆形隔震支座的压
长条、圆形不可压缩弹性层的压缩、弯曲和剪切特性,缩刚度。M. Iizuka在此基础上,提出恒定压力下有限
在小变形假设和不可压缩假设下得出了形式简单的变形,非线性弹簧大变形的宏观模型以及隔震支座的
线性解。P.B. Lindly进一步研究了固结在两端刚性板经验设计公式l。M.C. Constantinou]研究中空橡胶
的线弹性材料压缩性能。C.C.Koh用变量变换法得到层的压缩刚度。G.H.Koo?使用瞬时观测剪切模量参
了方形可压缩材料的压缩刚度,并证明了抛物面变形数方程,提出一个估算支座在小变形和极限剪切变形
假设是符合实际情况的。M.S. Chalhoub考虑了体积压条件下的力学模型。H.C.Tsai们使用分离变量法,研
缩率对压缩刚度的影响,在此基础上研究了长条方形究粘弹柱体模型的隔震支座在正弦水平力和恒定压
橡胶的压缩性能和弯曲下的钢一橡胶粘结影响。力下的稳态响应
H.C.Tsai推导出无限长条圆形、方形的压缩刚度,并
叠层橡胶支座作为承压构件,对其稳定性也有大
用有限元方法进行了验证。之后,又推导了粘结在刚量的研究。C.W. Roeder-从理论和实验研究了橡胶支
[基金项目]国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”;重点项日“重大工程结构地震损伤破坏的控制原理与方法”
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[作者简介]陈燕华(1975-),女,河南兰考人,副教授,国家注
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册一级结构工程师,从事建筑结构的教学与研究
6]周恒毅,等,首都国际机场3号航站楼屋面雪荷载分布研究
工作。
低温建筑技术
10年第3期(总第141期)
座在不同竖向荷载下的稳定性。C.C.Koh?对支座的是,也造成了支座造价高和自重大。有鉴于此,开始有
稳定性进行了实验研究。J.F. Stanton?基于 Haringx学者,研究采用柔性加强板支座力学性能。.
理论,从理论和实验两个方面研究了橡胶支座在不同M.Kely列进行了理论和实验研究。研究表明用纤维
竖向荷载下的稳定性。S. Nagarajaial?基于Koh-板代替钢板作叠层橡胶支座的加强板,可以减少造价
Kely理论,提出了一个考虑了大变形、大转角,剪力与和重量。B.Y.Mon和B.S.Kang?,详尽地介绍了纤
转动刚度的非线性计算模型。I. Buckle2对一系列橡维加强板橡胶支座设计和制造,并研究了中心孔和铅
胶支座进行实验,研究水平位移对临界荷载的影响和芯对纤维加强板橡胶支座影响。H.C.Tsai等对柔性加
评价现有的设计方法。除了理论和实验研究,强板叠层橡胶支座展开了系列研究。研究表明:柔性
J.C.Simo「]使用有限元法,分析在不同的竖向荷载下加强板的边界条件会影响支座的刚度;只有当支座受
的水平位移特性和稳定性。W.Seky'采用有限元法压时,纤维橡胶支座的刚度才能提高;在纤维板未能
对叠层橡胶支座进行大变形分析。
完全受拉时,压力和弯矩是非线性耦合的;纤维加强
2)铅芯橡胶支座。在叠层橡胶支座内灌入铅板支座的竖向屈曲荷载受水平力影响,同时也小于线
芯,可以提高叠层橡胶支座的阻尼,耗散地震能量及性材料加强板的支座。
提供抵御微小震动的初始刚度。R.C. Tyler 1]对铅芯2总结和展望
橡胶支座进行了大变形实验。A.Moi?对NRB和
对叠层橡胶隔震支座的机理研究,围绕着支座的
LRB的压缩特性进行了轴压实验研究,并与当时实行强度、刚度、稳定性、阻尼特性:从理论解析分析,到实
的规范、Cent、 Chalhoub, Kelly等理论进行对比研究,证验分析、经验公式的提出、有限元法的应用;从理想弹
明有了IRB和NRB有相似力学性能,铅芯影响不大。性的 Haringx理论,到考虑体积压缩、考虑材料特性、考
R.S. Jangid 17?研究了近场地震的特点和支座参数优化虑加载方式、考虑尺寸效应、考虑温度效应;从一维、ニ
问题,通过调整支座的屈服强度可以影响隔震结构的维、到三维分析;从单纯考虑单向压、拉、弯,到双向受
最大位移,而结构的加速度响应不变。J.S. Hwang]力的压剪、拉剪、到三向压剪、拉剪及其复合作用的相
基于 AASHTO规范,提出了修正的支座等效线性化模关性,展开了系统的研究,取得了丰硕的成果。由于叠
型。通过与非线性模型进行对比计算,效果良好。层橡胶支座材料和枃造机理的特性复杂,叠层橡胶支
C. Topkava 19]对方形橡胶支座进行斜压实验,研究了尺座的研究仍将有待进一步深入。
寸效应。K.L. Ryan通过实验研究得出轴向荷载增
(1)研究叠层橡胶支座在复杂应力状态下的力
加时,竖向刚度减少。在大水平变形时,竖向刚度发生学特性,以及各